Fa'ata'ita'iga o Fesili e Talanoa ai e uiga i le Semiconductor
Pendahuluan
O le semiconductor o se meafaitino e iai le eletise e tafe i le va o le eletise o se conductor (e pei o le kopa) ma le insulator (e pei o le tioata). I le lalolagi i aso nei, e taua tele le sao o semiconductors aua o meafaitino autu ia e faʻaaogaina e gaosia ai masini eletise eseese, e aofia ai diodes, transistors, ma integrated circuits (ICs). O lenei tusiga o le a tuʻuina atu ai ni faʻataʻitaʻiga o faʻafitauli o le semiconductor e fesoasoani ai i le au faitau ia malamalama atili i lenei autu.
1. Fausaga o le Semiconductor Crystal
Fesili: Fa'amatala le fausaga tioata o semiconductors silicon ma le a'afiaga o lenei fausaga i o latou meatotino eletise.
Talanoaga: O semiconductors silicon e iai se fausaga tioata e ta'ua o le diamond cubic crystal. I lenei fausaga, o atomu silicon taitasi e fusifusia fa'atasi i atomu silicon e fa e tuaoi, ma fausia ai se fusifusia mautu. O le mafua'aga lea e maualalo ai le eletise o le silicon mama i le vevela o le potu.
E mafai ona fa'ateleina le eletise e tafe mai ai le silicon e ala i le fa'aopoopoina o mea leaga (doping). Mo se fa'ata'ita'iga, o le fa'aopoopoina o le phosphorus (n-type doping) o le a fa'aopoopoina ai ni electrons saoloto, ae o le fa'aopoopoina o le boron (p-type doping) o le a faia ai ni pu e fai ma avega o ni avega lelei.
2. Fa'aaogaina o le Semiconductor Doping
Fesili: Fa'amatala le eseesega i le va o le doping ituaiga-n ma le doping ituaiga-p ma o la'ua aafiaga i le conductivity o semiconductor.
Talanoaga: O le fa'aopoopoina o mea leaga i totonu o se semiconductor e sui ai ona meatotino eletise. I le fa'aopoopoina o mea leaga i totonu o le ituaiga-n, o atomu o mea leaga ua fa'aopoopoina e masani ona tele atu ai electron valence nai lo atomu silicon (e.g., phosphorus ma le 5 electron valence). O nei electron fa'aopoopo e avea ma electron saoloto e mafai ona fesoasoani i le fa'atinoina o le eletise, ma fa'ateleina ai le fa'atinoina o le meafaitino.
I se faatusatusaga, i le p-type doping, e itiiti ifo valence electrons o le impurity atoms nai lo le silicon (mo se faataitaiga, e 3 valence electrons o le boron). O le leai o valence electrons e fausia ai ni pu e fai ma avega o le positive charge. O nei pu e faateleina ai le conductivity e ala i le faatagaina o le charge e fealuai i totonu o le crystal.
3. Va o le Band ma le Conductivity
Fesili: Fa'amatala ma fa'amatala le manatu o le band gap ma le auala e a'afia ai le fa'atinoina o le eletise o semiconductors.
Talanoaga: O le va o le vaega (band gap) o le malosi e manaʻomia e faʻagaoioi ai eletise mai le vaega o le valence i le vaega o le conduction. E laʻititi le va o vaega o semiconductors nai lo insulators, ae e tele atu nai lo conductors.
I totonu o semiconductors, pe a maua e electrons le malosi e lava (mo se faʻataʻitaʻiga, mai le vevela poʻo photons), e mafai ona latou oso i le band gap i le conduction band ma avea ma electrons saoloto e mafai ona feaveaʻi le eletise. O le tele o le band gap e fuafua ai le faigofie ona faʻaosofia e electrons le conduction band:
– O semiconductors e laiti a latou band gap (e pei o le silicon, e ~1.1 eV le band gap) e faigofie ona tafe le eletise i le vevela maualalo.
– O semiconductors e tele le band gap (e pei o le gallium arsenide, fa'atasi ai ma le band gap e ~1.4 eV) e mana'omia le tele o le malosi e fa'asuavai ai le eletise, ae e mafai ona sili atu le lelei i nisi o fa'aoga e pei o light-emitting diodes (LEDs).
4. Transistor
Fesili: O le ā le transistor ma e faʻapefea ona galue i galuega faʻaeletoronika?
Talanoaga: O le transistor o se vaega semiconductor e faʻaaogaina e faʻateleina pe sui ai faʻailoilo eletise. E lua ituaiga masani o transistors: bipolar junction transistors (BJTs) ma field-effect transistors (FETs).
I totonu o se BJT, e tolu vaega o le ituaiga-p ma le ituaiga-n ua faatulagaina (npn po'o le pnp). O le eletise e ulufale atu i le base (B) e pulea ai le tafe o le eletise i le va o le collector (C) ma le emitter (E). I le taimi nei, i totonu o se FET, o le voltage e fa'aoga i le gate (G) e pulea ai le tafe o le eletise i le va o le drain (D) ma le source (S).
E mafai e transistors ona fa'ateleina le fa'ailo ona o suiga laiti i le input (base po'o le gate) e mafai ona mafua ai suiga tetele i le output (collector-emitter po'o le drain-source). O lenei mea e avea ai transistors ma vaega taua i matagaluega eletise, e aofia ai amplifiers ma matagaluega logic.
5. Diode
Fesili: O le ā le galuega a se diode ma e faʻapefea ona galue?
Talanoaga: O le diode o se vaega o le semiconductor e faʻatagaina ai le tafe o le eletise i le tasi itu. O le diode e aofia ai se p-n junction, o le fesoʻotaʻiga lea i le va o mea p-type ma mea n-type. A faʻaaogaina se voltage i le itu i luma (anode i le cathode), e mafai ona tafe faigofie le eletise. Peitaʻi, afai e faʻaaogaina se voltage i le itu i tua (cathode i le anode), o le teteʻe maualuga o le a taofia ai le tafe o le eletise.
O le mea lea e matua aoga ai diodes i galuega e pei o le rectification (lea e liua ai le alternating current i le direct current), puipuiga o matagaluega, ma le signal switching.
6. Fa'aaogāga o Semiconductors i Mea Fa'aeletoronika
Fesili: Ta'u mai ni fa'aogaaga o semiconductors i tekinolosi fa'aonaponei ma fa'amatala a latou galuega.
Talanoaga: E faʻaaogaina semiconductors i le tele o faʻaoga faʻatekonolosi faʻaonaponei e aofia ai:
– Microprocessors ma Memory: O le faʻaaogaina o transistors i totonu o integrated circuits (ICs) e mafai ai ona fatuina ni microprocessors ma memory chips e matua lavelave ma lelei.
– Sensors: E mafai e sensors semiconductor ona iloa ni fa'asologa fa'aletino eseese e pei o le malamalama (photodiodes), vevela (thermistors), ma le mamafa (piezoelectric sensors).
– Light Emitting Diode (LED): O nisi semiconductors e mafai ona fa'asalalauina le malamalama pe a tafe atu se eletise i totonu, ia e fa'aaogaina i fa'aaliga, moli, ma fa'ailoilo.
– Sela o le La: O semiconductors e pei o le silicon e fa'atupuina ai se tafe eletise pe a fa'aalia i le susulu o le la, lea e fa'aaogaina i paneta o le la e fa'atupu ai le malosi eletise.
Fa'ato'a
O le malamalama i manatu autū o semiconductors ma faʻataʻitaʻiga eseese o faʻafitauli o loʻo talanoaina o le a fesoasoani i le au faitau e malamalama i le mataupu ma faʻaoga o semiconductors i tekinolosi faʻaonaponei. O lenei tusiga e faʻamoemoe e tuʻuina atu ai se malamalamaaga loloto i galuega, mataupu faʻavae o galuega, ma le taua o semiconductors i le lalolagi o mea faʻaeletoronika.
